半导体器件特征尺寸的不断减小对纳米技术提出了更高的要求。特别是对于纳米器件，互连层的制作要求其结构尽量的薄和完整。因此，原子层沉积(ALD)技术固有的优势使其在纳米加工和新兴纳米器件应用方面获得了广泛的关注。它的固有优势包括在原子量级上对纳米薄膜进行精确的厚度控制，同时能够制备出具有高保形性和大面积均匀性的纳米结构。　　 等离子体增强型ALD(PEALD)是传统ALD的改进形式。PEALD可以使用等离子体来激活反应，因而其周期耗时少。前驱体和衬底表面基团的反应只在等离子体作用下才能被激活，因而理论上PEALD工艺不需设置清洗步骤且能获得较高的沉积速率。此外，同其它薄膜沉积技术相比，PEALD还能增强薄膜性能，降低碳杂质含量和实现低温沉积。　　 我组在自主研发PEALD设备和进行工艺调试的过程中，深入研究了PEALD的反应机制，另辟蹊径地提出原位掺杂方法用于纳米材料掺杂改性和理论新材料的制备。本论文涉及其中的部分内容，具体的研究工作和创新点如下:　　 1.提出原位掺杂方法。该方法把PEALD工艺过程中等离子体的激活时间从进源的瞬间移至两次进源的间隙，通过等离子体单独活化惰性气体的方式实现杂质原子的注入。原位掺杂方法的理论基础是PEALD技术，因而其同样可以实现源的自限制性饱和吸附生长;原位掺杂可以在制备薄膜的最优工艺条件下直接进行，从而大大降低了新工艺的开发难度。同时该原位掺杂方法有效地扩展了PEALD技术在纳米材料领域的运用范围，是对传统纳米材料掺杂改性方法的创新。　　 2.原位掺杂制备N掺杂TiO2薄膜。实验首先用传统ALD方法制备出结构完整的TiO2薄膜，以提供原位掺杂所需的基本工艺参数。之后用PEALD方法实现原位氮掺杂，通过调节等离子体功率和改变掺杂次序来研究功率和衬底表面基团对掺杂结构的影响。实验结果表明该原位掺杂方法能够实现氮原子的单一结构掺杂，且制备的薄膜具有较好的光催化性能。该结果证实了理论分析的正确性并提高了测试结果的可信度。　　 3.原位掺杂制备N掺杂ZnO薄膜。实验首先用传统的ALD方法制备出结构完整的ZnO薄膜，其主要目的是能够提供原位掺杂所需的基本工艺参数，并生长出缺陷浓度近似相等的纯ZnO结构，以减小本征缺陷浓度变化对N掺杂ZnO薄膜电学性能测试的影响。实验中通过改变掺杂功率和掺杂次序来研究功率和表面基团对掺杂结构的影响。结果显示附属官能团较长且原子量较大的锌源在逆序条件下能获得较好的表面结构，但正序掺杂则能获得最高的氮掺杂含量。实验表明原位掺杂方法在正序掺杂时能够实现层与层之间的均匀掺杂，且能形成稳定的p型电导。　　 4.原位掺杂制备C3N4薄膜。PEALD法制备C3N4的优势在于其能够利用碳源自身的结构，同时通过分次通入碳、氮源和对氮偏压进行调节的方式实现对氮元素的掺杂调控。实验中使用CCl4作为碳源，并在PEALD方法基础上通过缩短清洗时间形成类CVD法制备CNx薄膜。结果显示该类CVD法能够实现薄膜的生长和氮元素的掺杂。实验结果表明该原位掺杂方法同样适用于二元化合物的生长和制备，但用于生长C3N4薄膜时仍然存在碳源稳定吸附性差的问题。　　 5.自用PEALD设备的改进。根据自用设备的特点及其存在的问题提出了诸多改进意见。主要包括:采用简单方法检测设备气密性;改进设备进气通路以减少水对设备的影响;和重新设计大型PEALD设备的匀气环以保证沉积薄膜的均匀性等。改进的目的是增强PEALD设备的通用性能和延长设备的使用寿命。　　 6.自主研发新一代PEALD系统。PEALD系统采用模块化结构设计，把设备分为真空模块、前驱体输运模块、全封闭气体反应模块、远程等离子体模块和电子控制模块五个可拆装部分，其结构紧凑、集成度高，可实现全流程自动化控制，具有均匀性好、技术指标广泛可调、适用范围广等特点。